超低碳鋼邊部線狀缺陷分析及控制

馬春紅

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北063000）

0 引言

熱軋鋼帶的軋制是鋼坯在高溫奧氏體狀態(tài)下進行多道次壓下變形實現(xiàn)的，整個軋制過程都伴隨著鋼帶溫度的變化，受軋制過程諸多因素的影響，鋼帶產(chǎn)成品邊部位置很容易產(chǎn)生影響鋼帶質(zhì)量的缺陷。超低碳熱軋鋼帶經(jīng)冷軋加工后被廣泛應用于汽車、家電領域，因此對熱軋鋼帶的質(zhì)量要求相對較高。唐鋼新區(qū)2050 產(chǎn)線生產(chǎn)的供冷軋用超低碳IF 鋼帶邊部頻繁出現(xiàn)“線”狀缺陷，缺陷發(fā)生率達到了80%左右，該缺陷在后續(xù)冷軋加工過程中如果切邊殘留很容易造成冷軋事故，對于冷軋后切邊產(chǎn)品更容易造成軋機斷帶事故，因此更需要查找原因并進行有效控制。

本文對唐鋼新區(qū)2050 產(chǎn)線生產(chǎn)的超低碳熱軋鋼帶邊部線狀缺陷進行了深入研究，通過生產(chǎn)現(xiàn)場試驗分析、實驗室缺陷位置斷面的顯微分析以及缺陷部位電鏡掃描和能譜分析，確定了超低碳鋼熱軋鋼帶邊部線狀缺陷在軋線上產(chǎn)生的部位和產(chǎn)生的原因，并針對中間坯角部降溫問題制定了有效的防范措施。

1 超低碳熱軋鋼帶邊部線狀缺陷

超低碳熱軋鋼帶邊部缺陷的位置距離鋼帶邊緣3～30 mm，形貌呈黑色線狀，缺陷分連續(xù)的和斷續(xù)的兩種，反映到整卷帶鋼長度上，帶鋼尾部缺陷程度較頭部重。通過熱軋表面檢測設備可以捕捉到該邊部缺陷，如圖1 所示?，F(xiàn)場取部分鋼卷實物進行酸洗后邊部能看見清晰線狀缺陷，如圖2 所示。

圖1 表檢缺陷圖片

圖2 酸洗后實物照片

2 缺陷試驗分析

2.1 生產(chǎn)過程試驗分析

2050 熱軋線為常規(guī)熱連軋軋機，采用2 架粗軋和7 架精軋配置，從出爐到成卷產(chǎn)線距離較長，1 號加熱爐中心線到DC1 中心線度距離467.77 m。在第2 架粗軋機（R2）后配有卷箱（Coil box）設備，中間坯軋制具備成卷和直通兩種軋制模式。

為了確定缺陷主要發(fā)生的機組部位，在生產(chǎn)中分別采用直通模式和成卷模式進行生產(chǎn)實驗，然后根據(jù)表面檢測設備觀察缺陷產(chǎn)生位置是否變化來判斷缺陷發(fā)生的主要機組。從試驗生產(chǎn)的鋼卷表面檢測結果觀察，缺陷的發(fā)生位置分別隨著卷箱的投入和直通軋制發(fā)生改變。直通模式生產(chǎn)時缺陷位于鋼卷上表面（如圖3 所示），使用卷箱模式生產(chǎn)時缺陷位于鋼卷下表面（如圖4 所示）。由此可以判斷該缺陷的產(chǎn)生是由粗軋階段軋制產(chǎn)生的，尋找缺陷產(chǎn)生原因重點在粗軋區(qū)域。

圖3 上表面缺陷

圖4 下表面缺陷

生產(chǎn)過程中取粗軋R2 中間坯料觀察，發(fā)現(xiàn)中間坯上表面邊部存在角部“翻邊”缺陷，粗軋中間坯還要經(jīng)過精軋7 個道次軋制成成品，因此可以判斷板卷邊部線狀缺陷是由中間坯“翻邊”缺陷經(jīng)過精軋壓縮變形形成的。圖5 為超低碳鋼軋制過程中拍攝的粗軋R2 第2 道次坯料照片，圖6 為所取中間坯斷面形狀示意圖。

圖5 中間坯實物

2.2 缺陷位置斷面的顯微分析

從缺陷鋼卷取缺陷部位試樣（如圖7 所示），隨后對試樣用線切割機進行切割處理，把切割好的試樣進行熱鑲嵌，隨后用800～1 500 號的砂紙對試樣的表面進行逐級打磨，鑲嵌后用拋光機進行拋光處理。試樣經(jīng)腐蝕液腐蝕后，利用電鏡對試樣缺陷處形貌進行檢測。

圖7 板卷實物

（1）在電子顯微鏡下觀察鋼卷缺陷部位表面形貌，可以發(fā)現(xiàn)表面缺陷呈“線”狀（如圖8 所示）。

圖8 缺陷處形貌

（2）在電子顯微鏡下詳細觀察缺陷部位斷面形貌，可以發(fā)現(xiàn)缺陷從鋼板表面沿鋼板橫向向基體內(nèi)部延伸，且呈分層狀態(tài)，缺陷深處與鋼帶基體連接。缺陷處組織與內(nèi)部組織存在差異，晶粒偏大且有再結晶現(xiàn)象。缺陷斷面顯微形貌如圖9 所示，缺陷部位晶相組織如圖10 所示，正?；w晶相組織如圖11 所示。

圖9 缺陷斷面

圖10 缺陷晶相組織

圖11 基體晶相組織

2.3 缺陷位置的掃描電鏡及能譜分析

對熱軋卷缺陷部位進行取樣（見圖12），經(jīng)過切割和拋光后制備成用于電鏡掃描和能譜分析的試樣（如圖13 所示）。在使用腐蝕液對拋光面進行處理后，對試樣缺陷部位進行電鏡掃描和能譜分析。

圖12

圖13

通過電鏡掃描觀察缺陷表面，發(fā)現(xiàn)在缺陷位置存有大量黑色的殘留物，如圖14（a）所示。對圖14（b）所示的缺陷1 和2 位置進行能譜分析，分析結果如圖14（c）和圖14（d）所示，缺陷位置成分主要是Fe 和O，黑色物質(zhì)應該是殘存的氧化鐵。

圖14

3 缺陷產(chǎn)生原因分析及改善措施

3.1 缺陷產(chǎn)生原因分析

綜合缺陷分析的多個結果我們可以得出，超低碳鋼邊部線狀缺陷是由軋制變形過程中鋼坯角部變形不良造成。鋼坯角部變形不良（翻邊）主要是在粗軋軋制階段產(chǎn)生的，后續(xù)在精軋階段該缺陷隨著鋼帶變形逐漸演變成“細線”缺陷。

軋制的中間坯角部為什么會翻邊呢？經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，由于2050 生產(chǎn)線較長，從加熱爐出口到精軋機進口長度達330.045 m，且各個機組均有較強的冷卻能力，生產(chǎn)過程中鋼坯角部溫降較大，導致粗軋階段鋼坯角部溫度較低，在軋制變形中角部金屬流動不均勻?qū)е轮虚g坯角部“翻邊”。

中間坯角部缺陷部位存在部分再結晶現(xiàn)象，分析原因主要是由于超低碳鐵素體相變點較高，在880～900 ℃左右，當中間坯角部溫度過低時，就導致了角部組織發(fā)生了相變，也就是說中間坯角部是混晶狀態(tài)，這些因素也導致了角部“翻邊”缺陷的發(fā)生。

3.2 工藝改進措施

根據(jù)缺陷發(fā)生的原因，有針對性的制定工藝改進措施，以減少中間坯角部溫降，降低中間坯料角部“翻邊”的可能性。

3.2.1 提高出爐溫度

2050 產(chǎn)線的主要工藝流程為：加熱→定寬→粗軋R1→粗軋R2→卷箱→精軋→層冷→卷取。鑒于2050 生產(chǎn)線軋制線較長，軋制生產(chǎn)過程中中間坯溫降較大，為保證粗軋階段中間坯料溫度充裕，因此提高了板坯的出爐溫度，保證中間坯角部在軋制過程中角部不混晶，優(yōu)化后的粗軋RDT2 的溫度比原工藝提高了30 ℃。

3.2.2 減少中間坯過程溫降

為了降低中間坯過程溫降，在粗軋區(qū)域的送鋼輥道上增加了保溫罩裝置，其中在定寬機和粗軋R1；粗軋R1 和粗軋R2 之間增加了兩組保溫罩，保溫罩裝置對減少中間坯溫降有著明顯的效果。在卷箱和R2 之間有液壓抬起的保溫罩，在進行超低碳鋼生產(chǎn)時選擇投入。

3.2.3 冷卻水治理

（1）梳理生產(chǎn)線上的主要生產(chǎn)機組的冷卻系統(tǒng)狀態(tài)，對于不合理的設備冷卻水進行改造和優(yōu)化，減少多余的冷卻水澆到鋼坯上。同時利用檢修時間對R2 出口逆噴水梁兩側噴嘴進行了封閉處理，中間留1.1 m 寬度逆噴封水；R1 出口外側逆噴封水采用關閉手段，減少中間坯角部溫降。

（2）生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)定寬機區(qū)域漏水較多，由于定寬機區(qū)域鑄坯運行速度較低更容易造成角部溫度不均，利用定修時機對定寬機區(qū)域漏水問題進行處理，經(jīng)過處理后鑄坯的角部溫降得到了明顯改善。

4 結語

綜上所述，熱軋超低碳鋼在軋制過程中板卷邊部線狀缺陷產(chǎn)生的主要原因是在軋制過程中的粗軋階段中間坯料角部溫度過低。中間坯角部溫度低導致了在軋制變形的過程中角部發(fā)生不均勻變形，極端情況下在軋制過程中間坯料角部發(fā)生了鐵素體轉變，鋼帶角部是混晶狀態(tài)。當軋制變形在奧氏體和鐵素體兩項區(qū)進行，就導致了中間坯角部“翻邊”缺陷的發(fā)生，角部帶缺陷的中間坯經(jīng)過精軋變形后不能完全軋合，在鋼卷邊部表現(xiàn)出“線狀”缺陷。

本文中主要工藝改進措施是圍繞減少中間坯角部溫降制定的，但同時也要注意改善定寬機立輥和錘頭形狀，以減輕中間坯角部“翻邊”缺陷的嚴重程度。